فصلنامه مدیریت محیط زیست شهری

اثر پسماند قهوه بر روی مشخصات رئولوژی و مقاومت فشاری بتن خودتراکم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی عمران، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه

چکیده
افزایش مصرف قهوه در سال‌های اخیر موجب رشد قابل توجه حجم پسماند این ماده شده است و ضرورت بررسی امکان استفاده مهندسی از آن را در مصالح ساختمانی برجسته کرده است. در این تحقیق، پسماند قهوه به میزان 5/2%، 5%، 5/7% و 10% به‌ صورت جایگزین حجمی ریزدانه به بتن خودتراکم افزوده شده است تا اثر آن بر رفتار رئولوژیکی و مقاومت فشاری در سنین مختلف بررسی شود. طرح اختلاط براساس الزامات EFNARC صورت گرفته و آزمایش‌های جریان اسلامپ، زمان T50، قیف V، حلقه J، جعبه L، جعبه U و مقاومت فشاری در سنین 7، 28 و 90 روزه انجام شده است. نتایج نشان داده است که افزایش پسماند قهوه موجب کاهش جریان اسلامپ از 720 میلیمتر در طرح کنترل به 560 میلیمتر در طرح C 10% شده و این مقدار اُفتی برابر با 2/22% داشته است. زمان T50 نیز از 8/2 به 2/5 ثانیه افزایش یافته و حدود 7/85% رشد داشته است. زمان قیف V تا 130% و اختلاف ارتفاع جعبه U تا 83% افزایش یافته است. نسبت اختلاف ارتفاع در جعبه L در طرح C 10% حدود 70% کاهش یافته است. اما استفاده از 5/2‌% پسماند قهوه همچنان مخلوط را در محدوده قابل‌قبول استاندارد EFNARC نگه می‌دارد. همچنین نتایج مقاومت فشاری نشان داد که پسماند قهوه موجب کاهش مقاومت فشاری و دیرگیر شدن بتن و تشکیل نواحی ضعف در بتن می‌شود. بطوریکه استفاده از 5/2%، 5%، 5/7% و 10% پسماند قهوه در بتن به ترتیب مقاومت فشاری را به میزان حدود 9%، 21%، 36% و 55% کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


1. Suksiripattanapong, C., Kua, T. A., Arulrajah, A., Maghool, F., & Horpibulsuk, S. (2017). Strength and microstructure properties of spent coffee grounds stabilized with rice husk ash and slag geopolymers. Construction and Building Materials, 146, 312–320. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.103
2. Arulrajah, A., Kua, T. A., Suksiripattanapong, C., Horpibulsuk, S., & Shen, J. S. (2017). Compressive strength and microstructural properties of spent coffee grounds–bagasse ash-based geopolymers with slag supplements. Journal of Cleaner Production, 162, 1491–1501. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.06.171
3.  Arulrajah, A., Kua, T. A., Horpibulsuk, S., Mirzababaei, M., & Chinkulkijniwat, A. (2017). Recycled glass as a supplementary filler material in spent coffee grounds geopolymers. Construction and Building Materials, 151, 18–27. https://doi.org/10.1080/14680629.2017.1408483
4.Arulrajah, A., Kua, T. A., Suksiripattanapong, C., & Horpibulsuk, S. (2017). Stiffness and strength properties of spent coffee grounds–recycled glass geopolymers. Road Materials and Pavement Design. https://doi.org/10.1080/14680629.2024.
5.  Zein, K. C. S., & Ariadi, P. N. (2019, February). Effect of mixing coffee husk ash as a cement replacement on the strength of concrete. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1140(1), 012019. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1140/1/012019
6.  Roychand, R., Kilmartin-Lynch, S., Saberian, M., Li, J., & Li, C. Q. (2025). Translating lab success to the field: Evaluating coffee biochar-enhanced concrete in real-world construction. Case Studies in Construction Materials, 22, e04233. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2025.e04233
7. Guendouz, M., Boukhelkhal, D., Triki, Z., Mechantel, A., & Boukerma, T. (2023). Effect of using spent coffee grounds wastes as aggregates on physical and thermal properties of sand concrete. Algerian Journal of Environmental Science and Technology, 9(3).
8.Lin, L. K., Kuo, T. M., & Hsu, Y. S. (2015). Application and evaluation of coffee residue ash in mortar. Journal of Material Cycles and Waste Management, 18, 541–551. https://doi.org/10.1007/s10163-015-0351-5
9. Tessema, A. T., Alene, G. A., & Wolelaw, N. M. (2022). The influence of coffee husk ash as a filler on the performance of bituminous concrete mix. Advances in Materials Science and Engineering, 2022, Article 1234567. https://doi.org/10.1155/2022/2888098
10.  Gedefaw, A., Worku Yifru, B., Endale, S. A., & Habtegebreal, B. T. (2022). Experimental investigation on the effects of coffee husk ash as partial replacement of cement on concrete properties. Advances in Materials Science and Engineering, 2022, Article 7654321.
11. Anisah, A., Nugroho, M., Handoyo, S. S., Musalamah, S., Maulana, A., Ramadhan, M. A., & Sumarsono, R. A. (2021, March). Furnace temperature of coffee grounds as organic waste-based cementitious material in concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1098(2), 022087. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1098/2/022087
12. De Almeida, A. C., Da Silva, M. A. L., De Abreu, Q. C., Da Silva, A. L., Martins, S. P. R., & Pereira, C. D. S. S. (2021). Evaluation of partial sand replacement by coffee husks in concrete production. Journal of Environmental Science and Engineering B, 8(4), 129–133. https://doi.org/10.17265/2162-5263/2019.04.001
13.  Saberian, M., Li, J., Donnoli, A., Bonderenko, E., Oliva, P., Gill, B., & Siddique, R. (2021). Recycling of spent coffee grounds in construction materials: A review. Journal of Cleaner Production, 289, 125837. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.125837
14.Moreno, L. J. A., Lemus, D. D. S. Z., Rosero, J. L., Morales, D. M. A., Castaño, L. M. S., & Cuervo, D. P. (2020). Evaluation of aquifer contamination risk in urban expansion areas as a tool for integrated groundwater management: Case of coffee-growing region, Colombia. Groundwater for Sustainable Development, 10, 100298. https://doi.org/10.1007/s10040-020-02197-9
15.Cibelli, M., Cimini, A., Cerchiara, G., & Moresi, M. (2021). Carbon footprint of different methods of coffee preparation. Sustainable Production and Consumption, 27, 1614–1625. https://doi.org/10.1016/j.spc.2021.04.004
16.Lachheb, A., Allouhi, A., El Marhoune, M., Saadani, R., Kousksou, T., Jamil, A., & Oussouaddi, O. (2019). Thermal insulation improvement in construction materials by adding spent coffee grounds: An experimental and simulation study. Journal of Cleaner Production, 209, 1411–1419. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.11.140
17.Demissew, A., Fufa, F., & Assefa, S. (2020). Partial replacement of cement by coffee husk ash for C‑25 concrete production. Journal of Civil Engineering, Science and Technology, 10(1), 12–21. https://doi.org/10.33736/jcest.1433.2019
18.Tessema, A. T., Wolelaw, N. M., & Alene, G. A. (2022). Experimental evaluation of coffee husk ash as a filler in hot mix asphalt concrete productions. Advances in Civil Engineering, 2022(1), 6726700. https://doi.org/10.1155/2022/6726700
19.Ricciardi, P., Torchia, F., Belloni, E., Lascaro, E., & Buratti, C. (2024). Environmental characterisation of coffee chaff, a new recycled material for building applications. Construction and Building Materials, 147, 185–193. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.114
20.Khodabandeh Lou, A., & Oskouei, A. (2025). Laboratory study of mechanical behavior and durability of concrete containing different proportions of coffee waste. Structural and Construction Engineering, e224826. https://doi.org/10.22065/jsce.2025.514152.3689
21.Alizadeh, M., Nazarpour, H., Mousavi, S. S., & Dehestani, M. (2025). Recycling of used coffee waste in geopolymer mortars: A sustainable approach to reduce environmental impacts and improve mechanical properties. Structural and Manufacturing Engineering, e233519. https://doi.org/10.22065/jsce.2025.534089.3774
22.Arulrajah, A., Kua, T.-A., Phetchuay, C., Horpibulsuk, S., Maghoolpilehrood, F., & Disfani, M. M. (2017). Spent coffee grounds–fly ash geopolymer used as an embankment structural fill material. Journal of Materials in Civil Engineering, 28(5), 04015197. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.01.082
23.Kua, T. A., Arulrajah, A., Horpibulsuk, S., Du, Y. J., & Shen, S. L. (2023). Strength assessment of spent coffee grounds–geopolymer cement utilizing slag and fly ash precursors. Construction and Building Materials, 115, 565–575.
24.Kua, T. A., Arulrajah, A., Horpibulsuk, S., Du, Y. J., & Suksiripattanapong, C. (2017). Engineering and environmental evaluation of spent coffee grounds stabilized with industrial by-products as a road subgrade material. Clean Technologies and Environmental Policy, 19, 63–75. DOI:10.1007/s10098-016-1188-x
25. Damavand Mining Co. (2025). Specifications of Damavand cement. Damavand Mining Co. Available: https://damavandmining.co.ir/home-2/
26.Shimi Sakhteman Chemical Co. (1404). Technical datasheet and product specifications for polycarboxylate‑based concrete superplasticizer. Retrieved from https://www.shimisakhteman.com/
27.EFNARC. (2002). Specification and guidelines for self‑compacting concrete. European Federation of Specialist Construction Chemicals and Concrete Systems. Retrieved from https://www.efnarc.org
28.Iranian Concrete Code – ABA. (1402). Regulations for Concrete Structures (3rd ed.). Building and Housing Research Center, Ministry of Roads and Urban Development, Tehran, Iran.

  • تاریخ دریافت 17 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 05 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 17 مرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 09 شهریور 1405
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1405